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XXIV
Power
POWER 14 -
SETTEMBRE 2017
un circuito di aggancio o di protezione contro le sovra-
tensioni.
Induttanza del loop:
a causa dell’elevato slew rate e
dell’alta frequenza di commutazione del GaN, qualsiasi
induttanza parassita nel progetto introduce perdite e
oscillazioni nel sistema. In un progetto sono presenti
molte fonti di induttanza, compresi i conduttori e i fili
di collegamento interni (bond wire) sia nei package dei
FET GaN sia dei driver, nonché le piste presenti sulla
scheda a circuito stampato (PCB). Anche se è possibile
ridurle, la loro eliminazione è molto difficile. Le solu-
zioni con lo stadio di potenza in GaN, come ad esem-
pio LMG3410, integrano il driver e i FET GaN in un
unico package, riducendo notevolmente l’induttanza
complessiva.
Ritardo di propagazione:
ritardi di propagazione ri-
dotti e un buon adattamento (per le topologie a semi-
ponte – half-bridge) sono fattori molto importanti per
il funzionamento ad alta frequenza. Un ritardo di pro-
pagazione nell’ordine di 25 ns e una adattamento com-
preso tra 1 e 2 ns sono un ottimo punto di partenza per
progetti ad alta frequenza (operanti 1 MHz o più). Con
l’ottimizzazione del progetto del circuito di pilotaggio
del gate e del layout del PCB, è possibile far funzionare
un dispositivo GaN con slew rate molto alti (>100 V/ns)
e oscillazioni minime sul nodo di commutazione. La
figura 2 mostra un esempio di forma d’onda di commu-
tazione relativa a un progetto di questo tipo.
Esempio di progetto: soluzione PFC di nuova generazione
Grazie alle sue caratteristiche uniche, il GaN consente
ai progettisti di superare alcune delle sfide più difficili
legate all’aumento della densità di potenza in diversi
sistemi e applicazioni.
Questi vantaggi non derivano semplicemente dalla so-
stituzione di un MOSFET con un dispositivo GaN equi-
valente in un progetto esistente.
Il GaN permette di implementare nuove topologie di
circuito e/o modalità operative che non erano possibili
con i MOSFET in silicio.
I vantaggi che è possibile conseguire permettono lo
sviluppo di nuove classi di prodotti che abbinano di-
mensioni inferiori e maggiore efficienza. Un esempio è
riportato di seguito.
La correzione del fattore di potenza (PFC) è indispen-
sabile in ogni prodotto elettrico o elettronico che con-
sumi più di 75W. PFC è il primo blocco di conversio-
ne di potenza che si trova tra la rete e il resto
del sistema e deve supportare l’intero carico in
qualsiasi punto di funzionamento.
Per questa ragione ha un impatto diretto su di-
mensioni ed efficienza dell’intero sistema. Nel
corso degli anni sono state progettate genera-
zioni di differenti topologie con l’obiettivo di
ridurre le dimensioni e soddisfare gli standard
di efficienza in vigore in ambito industriale.
I livelli di efficienza definiti dallo standard 80
Plus, ad esempio, richiedono un’efficienza del
96% per gli alimentatori “titanium grade”.
Molti sistemi ad alta potenza (>1 kW) utilizzano
la topologia a doppio ponte (dual-bridge) ripor-
tato in figura 3.
Nell’ultimo decennio, grazie all’introduzione di
diodi al carburo di silicio (SiC) e dei transistor
MOSFET a super-giunzione delle più recenti ge-
nerazioni, è stato possibile ottenere alcuni mi-
glioramenti in termini di densità.
Miglioramenti che tuttavia hanno raggiunto il massimo
delle loro potenzialità in termini di efficienza e densi-
tà di potenza. Un significativo aumento della densità
di potenza richiede un approccio alternativo che sia in
grado di ridurre:
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menti preposti al raffreddamento.
Un’alternativa è la topologia Totem-Pole a conduzio-
ne continua. Questa topologia sfrutta al meglio tutte le
potenzialità del GaN, rendendo in definitiva possibile
la realizzazione di progetti contraddistinti da dimensio-
ni minori e frequenze operative superiori (Fig. 4). Il
recupero inverso nullo del GaN è un fattore di fonda-
Fig. 3
– La topologia PFC dual-bridge è spesso utilizzata in numerosi progetti ad alta
potenza